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微流控获奖论文02 | 微流控法制备仿生空腔纤维
2023-02-24615次
微流控获奖论文02 | 微流控法制备仿生空腔纤维

获奖证书

田野 2022 microfluidics award certificate - Dr Ye Tian.png

此论文获得2022第二届微流控论文大赛的“青年学者奖/New PhD students category”


论文简介

东北大学田野博士的这篇论文,以“Large-scale water collection of bioinspired cavity-microfibers“为题,发表在Nature 子刊Nature Communications上,点击文末“阅读原文”可查看论文发表页面。

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水资源短缺已然成为21世纪最严峻的全球性问题。自然经过久远的进化总能给人们最直接、最有效的启示。清晨挂满硕大水滴的蜘蛛网展示出了优异的水收集能力。受蜘蛛网的启示,我们采用微流控技术精准可控地制备出了一种仿生微纤维:这种微纤维具有完美的纺锤形结点,高度模拟了蜘蛛丝的结构和外形,并且,我们通过微流控技术将这些结点设计成了中空的,大大减少了原材料的使用,减轻了纤维自身重量,降低了纤维制备成本,有利于实现大范围的水收集。另外,通过采用复合材料,使得这种空腔纤维具有优异的机械性能。通过综合运用结点空腔设计和复合材料,微纤维的表面能梯度和拉普拉斯压力差被大大提高,从而大大地提高了水收集效率和水收集体积。


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实验证实,单根纤维的单个结点收集水的体积约为结点本身体积的495倍。另外,在交叉空腔纤维的交叉点处可以收集到更多的水,因此可通过有限的空腔纤维设计尽可能多的交叉点,来实现高效的水收集。为了实现大范围收集水,我们模拟蜘蛛网的拓扑结构,利用空腔纤维制备了空腔纤维拓扑网。一个由77厘米长的空腔纤维编织成的网在2分钟内便可以收集0.36毫升的水,真正地实现了大范围的高效水收集。


这款质轻、价廉、性优的仿生微纤维不仅为缓解水资源短缺问题带来了无限可能,而且在载药,手术线,细胞培养,组织工程等领域也具有巨大的应用前景。



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